зачем маховик в двс

Маховик

Маховик — это часть кривошипно-шатунного механизма, системы сцепления и системы запуска двигателя, в виде диска большой массы с зубчатым венцом. Некоторые модификации маховиков имеют свои аббревиатуры – о них читайте в разделе “виды маховиков”.

Зачем нужен и где находится маховик в современном автомобиле

Маховик в автомобилях с ДВС выполняет следующие функции:

Маховик крепят к торцу коленвала. По отношению к двигателю маховик находится снаружи, между мотором и коробкой передач.

Виды маховиков и особенности конструкции

Устройство двухмассового маховика: 1 — ступица; 2 — радиальный подшипник; 3 — первичный диск; 4 — дуговая пружина; 5 — фланец; 6 — зубчатый венец; 7 — вторичный диск; 8 — вентиляционное отверстие; 9 — уплотнительная мембрана; 10 — кольцевая камера, заполненная смазкой.

Одномассовый маховик

Он устроен проще всего, поэтому надежен и наиболее распространен. В центре диска из чугуна или стали, диаметр которого составляет 300-400 мм, находится посадочное место для установки на хвостовик коленвала. Оно представляет собой расширение (ступицу). В центре — большое отверстие, а 4-12 отверстий под болты помещены на окружности для фиксации.

Противоположной стороне отводится роль ведущего диска сцепления. Наружную поверхность оснастили местом под установку сцепления и кольцевой контактной площадкой — под ведомый диск сцепления. По окружности внешней стороны напрессовали зубчатый венец из стали.

Простота конструкции, относительная дешевизна производства обусловили массовое распространение такого вида маховиков Существенный недочет конструкции — она не способна в достаточной степени погасить крутильные колебания, возникающие в современных более мощных, но при этом менее объемных моторах. Поэтому на таких автомобилях зачастую устанавливают двухмассовые маховики.

Двухмассовый (демпферный) маховик

Между двумя дисками конструкции (ведущим и ведомым), которые соединены подшипником, расположена особая пружинно-демпферная система. Ее применение позволило отказаться от использования в ведомом диске сцепления демпфирующего устройства. Ведущий диск двухмассового маховика непосредственно соединен с фланцем коленвала. Крутящий момент передается на ведомый диск, но благодаря пружинно-демпферной системе внутри это происходит с задержкой и с гашением вибраций и крутильных колебаний.

Двухмассовые маховики имеют ряд преимуществ:

Но есть и недостатки:

Двухмассовые маховики имеют ряд названий, которые по сути являются аббревиатурами: DMF (Dual-Mass Flywheel на английском) или ZMS (ZweiMassenSchwungrad на немецком).

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Эта новая разновидность двухмассового маховика. Пружинно-демпферная система получила дополнение – центробежный маятник в виде грузов по окружности махового колеса. Низкие обороты двигателя вызывают раскачивание грузов ввиду незначительной центробежной силы. Вызванные колебания находятся в противофазе с теми, что частично сгладили пружины, что позволяет окончательно их погасить. При возросших оборотах амплитуда центробежного маятника уменьшается, как и значение в демпфировании.

Главное достоинство конструкции — помощь в устранении неравномерности вращения коленвала на низких оборотах. Его распространение связано с доминирующими в автомобилестроении тенденциями:

Неисправности и их признаки

Ввиду немалых нагрузок со временем маховик деформируется и разрушается.

В одномассовом маховике проблемным местом может быть зубчатый венец, который может разрушаться со временем. Его демонтируют механическим способом. При установке нового – приходится прибегать к нагреву и заменять болты. Также возможно появление трещин и поломок диска. Решается только заменой детали целиком.

Повреждение зубьев венца

Замена венца на одномассовом маховике

Чтобы своевременно выявить неисправности одномассового маховика, обращайте внимание на:

Что касается двухмассового маховика, то его более сложная конструкция подразумевает возникновение неисправностей, которые устранить труднее. В нем могут:

Поломка пружин в двухмассовом маховике

Признаки проблем с двухмассовым маховиком следующие:

В теории двухмассовый маховик можно перебрать, но на практике его только меняют.

Подбор и покупка деталей

Одномассовый маховик меняется только на деталь такой же конструкции. Для тюнинга автомобилей применяют облегченные маховики, но его нельзя просто установить — нужно менять или компоненты двигателя, или хотя бы настройки его работы.

Подпишись на наш канал в Я ндекс.Дзене

Еще больше полезных советов в удобном формате

Источник

Маховик в автомобиле

Есть в конструкции каждого современного автомобиля деталь, которая, несмотря на кажущуюся простоту, играет критически важную роль в работе силовой установки и всего ТС в целом.

Речь идет о маховике, внешне похожем на обычный диск, обладающий, правда, внушительным весом. Что такое маховик, каково его предназначение, а также каковы признаки неисправности этого элемента конструкции – об этом пойдет речь в нашем сегодняшнем разговоре.

Назначение и принцип работы маховика

Маховик двигателя – это литой, отлично сбалансированный тяжелый диск, выполненный из чугуна и имеющий на кромке стальные зубья, которые предназначены для сцепления со стартером. Называются они венцом маховика или зубчатым венцом.

Деталь, ставшая темой этой статьи, служит для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии. В том случае, если КПП механическая, на маховике находится корзина сцепления, а если речь идет об авто с «автоматом», на нем крепится гидротрансформатор.

Как уже говорилось выше, маховик – деталь крупная, непосредственное влияние на ее точный вес оказывает мощность движка и число цилиндров. Данный элемент конструкции призван накоплять энергию, поступающую от коленвала, и создавать при этом требуемую инерцию.

Из 4-хтактов двигателя внутреннего сгорания полезное действие, то есть рабочий ход, выполняет лишь один. Все остальные такты выполняются по инерции, а для этого как раз необходим маховик, который крепится на конце коленчатого вала.

Опишем роль маховика конкретнее:

Принцип работы этой детали предельно прост. Создаваемый коленвалом крутящий момент поступает на первичный диск, а он приводит к отклонению находящейся внутри пружины.

Когда сжатие достигло требуемого показателя, крутящий момент поступает на второй диск. Продуманная конструкция подавляет значительные колебания от силового агрегата и тем самым заметно снижает нагрузку на трансмиссию.

Разновидности маховиков

Сейчас используется 3 вида комплектующих:

Согласно другой классификации, детали подразделяют на два вида – одно- и двухмассовые. Поговорим о них более подробно.

Одномассовые

Одномассовый маховик представляет собой цельнолитое изделие, характеризующееся простотой конструкции. Оно получило наиболее широкое распространение благодаря высокой надежности и доступности с финансовой точки зрения.

Центральную часть детали занимает диск размером около 30-40 см, посередине находится отверстие – посадочное место для монтажа. Это посадочное место выполнено в виде ступицы с крупным отверстием по центру и более мелкими по всей окружности для максимально надежной фиксации с помощью болтов.

На наружной стороне предусмотрено место для монтажа сцепления и т.н. контактная кольцевая площадка. Внешняя сторона окружности – это множество стальных зубцов, полученных методом прессования.

Именно одномассовые маховики используются в автомобилях чаще всего по причине их дешевизны, однако значительным недостатком этих моделей является неспособность в должной мере погасить крутильные колебания.

Двухмассовые

Этот вид маховиков используется в автомобилях, оснащенных мощными моторами. С конструкционной точки зрения они представляют собой два диска, расположенных в одном корпусе и приходящих в зацепление посредством демпфирующей системы.

Двухмассовый маховик еще называют демпферным, т.к. между дисками, соединенными подшипником, находится пружинная система, наличие которой исключило необходимость привлечения демпфирующего устройства на том диске сцепления, который является ведомым. Передача крутящего момента происходит с небольшой задержкой, что позволяет минимизировать толчки и вибрации.

По сравнению с одномассовыми у двухмассовых маховиков есть целый ряд плюсов:

Что касается недостатков двухмассовых маховиков, то они сводятся к более высокой цене и определенным сложностям в процессе обслуживания. Также эти детали не любят езды на низких оборотах двигателя и боятся перегрева.

Облегченные

Как правило, такие варианты устанавливают во время проведения тюнинга авто. Они отличаются небольшим весом, который способствует повышению производительности мотора и снижению инерции.

Машина становится динамичнее, чутко отзывается на педаль акселератора, но важно помнить о том, что использование такого маховика возможно лишь с учетом показателей мотора, а ставить его следует в комплексе с другими работами по совершенствованию технических показателей силовой установки.

В числе неоспоримых достоинств подобной конструкции следует упомянуть устранение проблемы неравномерного вращения коленвала на минимальных оборотах, способность сделать силовую установку меньшей в плане объема и легче без малейшего ущерба ее мощности.

Неполадки и способы их устранения

Деталь, которой посвящен наш сегодняшний разговор, испытывает серьезные нагрузки, поэтому со временем она приходит в негодность и деформируется. В одномассовых моделях чаще всего из строя выходит венец, который в процессе продолжительной эксплуатации попросту разрушается.

Отвечая на вопрос о том, как снять маховик, отметим, что делается это механическим способом, а вот когда нужно установить новую деталь, ее нагревают, заменив при этом не только комплектующую, но и болты-фиксаторы.

В том случае, если на поверхности появились трещины, или же разломался сам диск, выполнить ремонт маховика невозможно – его придется полностью заменить.

Наиболее распространенными признаками неисправности одномассового диска являются:

Двухмассовые модели характеризуются поломками, устранить которые будет куда сложнее. Речь идет о выходе из строя либо полном разрушении пружин, об износе подшипников и прочих деталей, часто подвергаемых трению.

О том, что этот элемент конструкции пришел в негодность, свидетельствуют вибрации в момент запуска двигателя (появляются толчки, которые передаются на КПП и отчетливо ощущаются, если положить ладонь на рычаг).

Когда мотор работает на холостых, появляется стук, при разгоне ощущаются вибрации, а при переключении скоростей – толчки. Теоретически двухмассовый маховик поддается ремонту, но в реальности его чаще всего меняют.

Заключение

Как следует из всего, изложенного выше, можно сделать вывод о том, что маховик – это важнейшая деталь силовой установки и трансмиссии, от которой напрямую зависит работоспособность транспортного средства, а также комфорт и безопасность езды.

Двухмассовый маховик двигателя

Источник

Почему маховики не прижились в автомобилях?

Идея родилась при подготовке к гонкам Формулы-1, однако с переменным успехом выступила лишь на гонке «24 часа Ле-Мана».

В 2010 году во время 10-часовой гонки Petit Le Mans, проводящейся в городе Брэзелтон, шт. Джорджия, США, экспериментальный гоночный автомобиль компании Porsche 911 GT3 R Hybrid находился в первой 20-ке среди 45 автомобилей. В это время репортёры телевизионной сети Speed брали интервью у Марго Т. Оге, которая тогда была директором отдела транспорта и качества воздуха при агентстве по охране окружающей среды США.

Репортёры при каждой возможности обращали внимание зрителей на новый автомобиль Porsche. Гибридные автомобили для дорог общего пользования становились всё более привычными, и Оге постоянно подчёркивала «большую значимость» этого автомобиля, вкупе с энергетической независимостью и низкими углеродными выбросами. Именно таких целей и добивалось агентство.

В 2009 году командам F1 первые разрешили использовать гибридные системы. Команда Williams решила разработать гибрид с маховиком вместо химических аккумуляторов. Но эта система так и не вышла на трассу.

Однако, как и его ближайший гибридный родственник с гонок «Формула-1», эту модель 911 GT3 R не планировалось выпускать на улицы. Этот гибрид использовал маховик. Вместо совместного применения бензинового двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя с аккумуляторами, гоночная машина совместила нижнеклапанный шестицилиндровый ДВС с электромеханической системой хранения энергии на маховике.

Как выглядел маховик Williams Hybrid Power

Инженеры Porsche начали изучать применение гибридных систем в гонках в 2007 году. Примерно в то же время руководство F1 разрешило интеграцию гибридных технологий. С сезона 2009 года F1 позволила командам использовать умеренные гибридные системы рекуперации кинетической энергии (kinetic energy recovery system, KERS).

Williams открыла дочернюю компанию Williams Hybrid Power для разработки и полировки гибрида с маховиком. В 2010 году она организовала партнёрство с Porsche Motorsport для создания 911 GT3 R Hybrid

Большинство команд F1 разрабатывало системы рекуперации на основе аккумуляторов, однако команда Williams создала электромеханический маховик. В итоге из-за технических ограничений гонок команде Williams так и не довелось выставить эту машину на трассу. Интересно, что компания Chrysler также пыталась сделать гибридный автомобиль с ДВС/маховиком для Ле-Мана за 15 лет до этого, но и их разработка не дошла до гонок.

Audi успешно использовала гибридную систему с маховиком для машины R18 e-tron Quattro. Эта машина выигрывала Ле-Ман три раза подряд.

Однако Porsche в итоге купила лицензию на технологию Williams Hybrid Power, и вознамерилась адаптировать её для гонок на выносливость в модели 911 GT3 R Hybrid. Компания Audi также занялась внедрением маховика в свой всепобеждающий дизель-электрический прототип R18 e-tron Quattro. В прототипе использовался доработанный маховик производства британской компании GKN, делающей запчасти для автомобилей и самолётов. Она купила эту технологию у Williams ещё в 2014 году. Полученный гибрид с маховиком выиграл десятки гонок, включая и «24 часа Ле-Мана» в 2012, 2013 и 2014 годах.

Схема гибридной системы Audi R18 e-tron Quattro

Учитывая такой вклад производителей в спортивные автомобили, очень многие наблюдатели ожидали, что технология маховика через несколько лет перейдёт и на обычные автомобили. Но этого так и не произошло. Почему?

Высокооборотистый ускоритель

Вкратце автомобильная гибридная система с маховиком использует механическую энергию маховика для кратковременной дополнительной помощи двигателю внутреннего сгорания. На осях или в колёсах машины расположены электромоторы/генераторы. Они используют кинетическую энергию, которая в ином случае просто уходит в тепло при торможении колодками.

GT3 R Hybrid был создан для гонок на выносливость на знаменитом состязании «24 часа «Нюрбургринга»» в 2010 году

Но вместо того, чтобы отправлять эту энергию в химический аккумулятор для хранения и последующего использования, электричество используют для раскрутки маховика. Электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию вращения посредством инновационного магнитного материала (иногда это магнитный порошок), нанесённого на маховик. Чем больше энергии приходит, тем быстрее он крутится. Это, кстати, отличает его от гибридной системы с механическим маховиком, которую компания Nissan безуспешно пыталась разработать для Ле-Мана 2015 года.

Схема трансмиссии у GT3 R Hybrid. Красным обозначены компоненты маховика, силовая электрика и два мотора/генератора.

Количество энергии, которое можно снять с маховика, определяется его массой и скоростью вращения. Обычно он вращается со скоростями от 25 000 до 55 000 об/мин. Для преобразования хранящейся в маховике кинетической энергии обратно в электрическую вращающееся магнитное поле генерирует ток, идущий в обратном направлении, и энергия поступает на те же самые моторы/генераторы, что собирали её во время торможения.

Схема GT3 R Hybrid под другим углом

Как было упомянуто ранее, эти моторы могут располагаться прямо в колёсах. Или же такой мотор можно подсоединить к ведущему валу двигателя через бесступенчатую или другую трансмиссию. По запросу она соединяется с валом, забирает энергию у маховика и превращает её в кинетическую энергию, вращающую вал и ведущие колёса.

У обычного автомобиля на этом месте располагается пассажирское сиденье. У GT3 R Hybrid там стоит маховик.

Маховики часто сравнивают с конденсаторами, способными быстро накапливать и отдавать энергию. Сторонники этой технологии считают её преимуществами малый вес, стоимость и малое воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными гибридами, использующими химические аккумуляторы.

Маховик 911 GT3 R был сделан из композитного углеволокна, и его диаметр равнялся 406 мм. Корпус маховика, также сделанный из углеволокна, располагался на месте пассажирского сиденья. Маховик отправлял и получал энергию от электрических моторов/генераторов по 80 л.с. (60 кВт), располагавшихся в обоих передних колёсах. Такая конфигурация позволяла улучшить управление автомобилем на поворотах.

Ёмкость маховика в машине Porsche составляла 0,2 кВт*ч. Он мог выдавать до 163 л.с. (122 кВт) на периоде до 6 секунд, помогая разгонять машину после поворотов или на длинных дистанциях – в зависимости от того, как водитель решал применить дополнительную энергию, нажимая на специальную кнопку на руле.

Общая мощность всей системы составляла 670 л.с. (500 кВт), а весила машина примерно 1300 кг. Маховик с корпусом весили порядка 47 кг – значительно меньше, чем аккумулятор у электрических гибридов. В целом машина весила на 104 кг больше, чем обычные гоночные Porsche GT3, вместе с которыми она ездила по треку.

В Porsche решили, что хранить энергию в маховике в условиях экстремальных гоночных нагрузок надёжнее, чем в литий-ионных аккумуляторах. В отличие от последних, маховик можно было полностью заряжать (т.е. разгонять до максимальной скорости) и разряжать (останавливать почти полностью) много раз в минуту без всяких побочных эффектов.

Благодаря относительно эффективному использованию горючего, не самый быстрый среди участников гонки 2010 года «24 часа «Нюрбургринга»» 911 GT3 R Hybrid лидировал восемь часов подряд. В гонке 2010 года Petit Le Mans машина пришла 18-й – сказался износ деталей.

В 2011 году она снова вышла на трассу, но потом в Porsche сконцентрировались на прототипе 919 Hybrid для чемпионата мира по автогонкам на выносливость.

Не быстрое, а медленное хранение и восстановление энергии

Переход на 919 Hybrid в частности был связан с тогдашним проектом суперкара от Porsche. Так утверждает президент и генеральный директор североамериканского подразделения Porsche Motorsport, Дэниел Армбрюстер.

«Примерно тогда мы уже начали работать над гибридным заряжаемым прототипом спортивного автомобиля 918 Spyder, — вспоминает он. – И в обоих моделях, 919 и 918, обнаружилось, что литий-ионные аккумуляторы обеспечивают наилучший баланс между сохранением энергии и мощностью питания».

Езда по дорогам общего пользования заключается в постоянном разгоне и торможении, что как раз подходит для рекуперативного торможения. Однако в таких условиях ни о каком быстром разгоне с максимальным ускорением от одного поворота до другого, как в гонках, речи не идёт. Вместо быстрого и интенсивного восстановления энергии, и последующего активного её сохранения, на передний план выходит сравнительно медленная генерация энергии, из-за чего главным становится вопрос её хранения.

«Гибридная технология с использованием маховика в 911 GT3 R Hybrid позволяла экономить топливо, что уменьшало время, проведенное на пит-стопе, по сравнению с соперниками, — поясняет Армбрюстер. – В гонках маховик работает эффективнее из-за постоянного резкого торможения и резкого разгона. Для такого режима отлично подходит кратковременное хранение энергии с мощной отдачей».

«Но у этой технологии есть свои недостатки. В целом, в маховике не получается хранить много энергии – только ту, что дало торможение, — говорит он. – Аккумулятор же способен стабильно и долговременно хранить энергию, и с этими показателями маховику не сравняться. Во многих местах Европы возможность разгоняться, не делая выбросов в атмосферу, оказывается важной. Поэтому решение на основе аккумуляторов представляется наилучшим вариантом».

И хотя Porsche отказалась от маховика из-за ограниченной ёмкости, Армбрюстер добавляет, что «нет сомнений в том, что 911 GT3 R Hybrid сыграла важнейшую роль, доказав применимость гибридной технологии в скоростных гонках».

Глен Паско, ведущий инженер Williams Advanced Engineering, говорит, что с сегодняшней точки зрения понятно, что быстрый захват и отдача энергии в системах с маховиком больше подходит для режимов езды с периодической пиковой нагрузкой.

«Кроме поездок по центру города цикл работы типичного пассажирского автомобиля не подходит под режим »разгон-торможение», свойственный маховикам, — говорит Паско. – Энергия, хранящаяся в маховике, постоянно теряется, а в химическом аккумуляторе она может храниться очень долго».

На автобусах

Принцип работы маховика от Williams всё же нашёл применение в городских условиях в 2015 году, когда GKN модифицировала эту систему для установки на лондонские автобусы. В гибридную систему Gyrodrive с маховиком входит тяговый двигатель, связанный с ведущим валом машины, электрический маховик, инвертер для мотора/маховика, и электронная система управления.

Эта система с различными вариациями использовалась в как в одноэтажных, так и в двухэтажных автобусах британского производителя Alexander Dennis. Однако Gyrodrive оказалась слишком большой и дорогой для легковых городских автомобилей (например, такси), которые постепенно переходят на аккумуляторы.

Глен Паско говорит, что в настоящее время в WAE не занимаются какими-либо маховиками. Однако он добавляет, что «мы работаем с широким спектром индустрий и тщательно изучаем требования клиентов, поэтому такая технология может найти своё применение в будущем».

Среди примеров применения могут оказаться и гонки, если их устроители позволят использовать подобные устройства. Хотя в настоящее время, судя по всему, их больше интересуют аккумуляторные гибриды и технологии быстрой зарядки. Сейчас WAE занимается разработкой топливных систем на водородных ячейках для больших самосвалов. Там рекуперативное торможение используется практически так же, как у маховиков.

Президент североамериканского подразделения Porsche Motorsport говорит, что его компания «постоянно оценивает, какие технологии дают наилучшее решение в конкретных ситуациях», и не отказывается заранее ни от каких подходов.

Армбрюстер объясняет, что в стратегию Porsche «входят ДВС, спортивные заряжаемые гибриды и полностью электрические машины. Также мы исследуем вопрос синтетического топлива, делающего ДВС уже существующих машин более дружественными к окружающей среде».

Иронично, что большая часть тех из нас, кто столкнётся с гибридными автомобилями с маховиками, будет ехать в машине в качестве пассажира, а не водителя. Также в разработке находятся статичные маховиковые системы. Немецкая компания Chakratec недавно развернула маховиковую систему хранения энергии в гостинице Premier Inn в Лейпциге, позволяющую сглаживать пиковые нагрузки на зарядные станции для электромобилей.

Но всего десять лет назад гоночные автомобили, оснащённые маховиками, лидировали в гонке «24 часа «Нюрбургринга»» и убедительно соперничали с более лёгкими GT3. В будущем инвестиции в эту технологию могут как облегчить эту систему, так и увеличить её энергетическую ёмкость, и вновь дать гонщикам маховики – в спорте, где редко что-то выбрасывают просто так.

Источник